网络化控制系统现场总线技术

第一章 现场总线控制系统（FCS）

第一节 概述

现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统（DCS）后的新一代控制系统。由于它适应了工业控制系统向数字化、分散化、网络化、智能化发展的方向，给自动化系统的最终用户带来更大实惠和更多方便，并促使目前生产的自动化仪表、集散控制系统、可编程控制器（PLC）产品面临体系结构、功能等方面的重大变革，导致工业自动化产品的又一次更新换代，因而现场总线技术被誉为跨世纪的自控新技术。

一、 现场总线的发展

随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次，从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。现场总线（Fieldbus）就是顺应这一形势发展起来的新技术。

1、什么是现场总线

现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。

第一轮实验：实验一、六、七

第二轮实验：实验二、四、五、八、九

不用看实验三

现场总线与网络化仪表

实验指导书

东北大学秦皇岛分校

前 言

《现场总线与网络化仪表》是一门实践性的专业技术课程，因此必须在课堂教学的基础上配合以足够的实践性教学环节，以理论联系实际，使学生深入理解课堂知识，加强学生动手能力和分析问题解决问题的能力。本实验指导书是《工业网络技术》一书的配套教材。

该实验指导书紧密结合教材内容，以西门子S7-200及PC机作为实验硬件，深入浅出地介绍MODBUS通信。全书共分两部分。

第一部分 基础篇，包括利用西门子S7-200库指令实现PC机与PLC之间的MODBUS通信，CRC校验的程序编写调试的实现等。

第二部分 提升篇，利用自由口通信方式实现PC机与PLC之间的通信，MODBUS主从站库指令的剖析实现及调试。

对于每一个实验都给出了实验目的、实验内容、预习要求、报告要求、实验提示等。实验提示部分我们仅给出部分文字提示或者实验程序，以作为学生自己编程时参考。我们主张学生做实验前，充分预习准备，依靠自己在实验前编出的程序，经过实验调试改正程序，得出正确的实验结果。这样的实验才能真正有收获，才

现场总线控制系统学习心得

班级：电技131 姓名：杨秋 学号：20XX301030103

六个星期的现场总线控制系统课程已经结束，通过这段时间的学习和老师的耐心讲解，我初步了解到了这门课程的基本内容。

目前，在连续型流程生产工业过程控制中，有三大控制系统，即PLC、DCS和FCS。我们已经在以往的学习中了解到了PLC和DCS这两大系统的基本知识，而FCS就是我们这段时间学习的现场总线控制系统。老师分别从以下几个方面详细地向我们讲解了这门课程。

1现场总线和现场总线控制系统的概念

根据国际电工委员会IEC61158标准的定义，现场总线是指应用在制造过程区域现场装置和控制室内自动控制装置之间的包括数字式、多点、串行通信的数据总线，即工业数据总线。是开放式、数字化、多点通信的底层通信网络。以现场总线为技术核心的工业控制系统，称为现场总线控制系统FCS，它是自20世纪80年代末发展起来的新型网络集成式全分布控制系统。

其中，现场总线系统一般被称为第五代控制系统。第一代控制系统为50年代前的气动信号控制系统PCS，第二代为

4~20mA等电动模拟信号控制系统，第三代为数字计算机集中式控制系统，第四代为70年代中期以来的集散式分

缩写词全称：

（1） SCC：Supervisory Computer Control 计算机监督控制 （2） DDC: Direct Digital Control 直接数字控制 （3） DCS：Distributed Control System 集散控制系统

（4） CIMS：Computer Integrated Manufactured System 计算机集成制造系统 （5） FCS：Fieldbus Control System 现场总线控制系统

（6） CIPS：Computer Integrated Process System 计算机集成过程系统 （7） PLC：Programmable Logic Controller 可编程逻辑控制器

关于DCS:

集散型控制系统，又称分布式控制系统。是计算机技术（Computer），通信技术（Communication），图形显示技术（CRT）,控制技术（Control）的发展产物。 主要特点：可靠性高，灵活的扩展性，完善的自主控制性，完善的通信网络。 设计思想：危险分散，控制功能分散，操作和管理集中。

DDZ_II DDZ_III:电动单元组合仪表

II特点：

（1） 采用0-

1．集散控制系统DCS与现场总线控制系统FCS的比较 1．1 概述FCS、DCS

FCS是在DCS的基础上发展起来的，FCS顺应了自动控制系统的发展潮流，它必将替代DCS。这已是业内人士的基本共识。然而，任何新事物的发生，发展都是在对旧事物的扬弃中进行的，FCS与DCS的关系必然也不例外。FCS代表潮流与发展方向，而DCS则代表传统与成熟，也是独具优势的事物。特别是现阶段，FCS尚没有统一的国际标准而呈群雄逐鹿之势，DCS则以其成熟的发展，完备的功能及广泛的应用而占居着一个尚不可完全替代的地位。本人认为：现场总线控制系统FCS应该与集散式控制系统DCS相互兼容。 无论是FCS或者是DCS，它们最终是为了满足整个生产过程而进行的系统控制（PCS）。 首先以工程成本与效益看，现场总线的根本优势是良好的互操作性；结构简单，从而布线费用低；控制功能分散，灵活可靠，以及现场信息丰富。然而这些优势是建立在 FCS系统初装的前提下，倘诺企业建立有完善的DCS，现在要向FCS过渡，则必须仔细考虑现有投资对已有投资的回报率。充分利用已有的DCS设施，现有DCS的布线以及成熟的DCS控制管理方式来实现FCS是我们应选之途。

编号：

题 目： 结晶器钢水液位现场总线控制系统

学院：

专业： 过程装备与控制工程

目 录

摘要................................................................................................................................ 1 Abstract .......................................................................................................................... 2 第一章 绪论................................................................................................................ 3

1.1 连铸工艺技术的发

编号：

题 目： 结晶器钢水液位现场总线控制系统

学院：

专业： 过程装备与控制工程

目 录

摘要................................................................................................................................ 1 Abstract .......................................................................................................................... 2 第一章 绪论................................................................................................................ 3

1.1 连铸工艺技术的发

编号：

题 目： 结晶器钢水液位现场总线控制系统

学院：

专业： 过程装备与控制工程

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摘要................................................................................................................................ 1 Abstract .......................................................................................................................... 2 第一章 绪论................................................................................................................ 3

1.1 连铸工艺技术的发

本答案仅供参考。

第1章 绪论

1.1 什么是过程计算机控制系统？它由哪几部分组成？通过具体示例说明。

答：它是指由被控对象、测量变送装臵、计算机和执行装臵构成，以实现生产过程闭环控制

的系统，它综合了计算机过程控制和生产工艺过程。例如温度控制系统。

1.2 计算机控制工业生产过程有哪些种类型？

答：计算机控制工业生产过程一般有五种类型：

操作指导控制系统；直接数字控制系统；监督控制系统；集散控制系统；现场总线控制系统。

1.3 计算机控制系统的硬件一般有哪几大主要组成部分？各部分是怎样互相联系的？其中过程通

道有几种基本类型？它们在系统中起什么作用？

答：计算机控制系统的硬件一般包括：主机、外部设备、过程输入输出设备。两个过程通道，

一个是输入通道，另一个为输出过程通道。

输入过程通道包括：A/D通道----把模拟信号转换成数字信号后再输入； DI通道-----直接输入开关量信号或数字量信号。

输出过程通道包括：D/A通道----把数字信号转换成模拟信号后再输出； DO通道-----直接输出开关量信号或数字量信号。 1.4 直接数字控制系统

本答案仅供参考。

第1章 绪论

1.1 什么是过程计算机控制系统？它由哪几部分组成？通过具体示例说明。

答：它是指由被控对象、测量变送装臵、计算机和执行装臵构成，以实现生产过程闭环控制

的系统，它综合了计算机过程控制和生产工艺过程。例如温度控制系统。

1.2 计算机控制工业生产过程有哪些种类型？

答：计算机控制工业生产过程一般有五种类型：

操作指导控制系统；直接数字控制系统；监督控制系统；集散控制系统；现场总线控制系统。

1.3 计算机控制系统的硬件一般有哪几大主要组成部分？各部分是怎样互相联系的？其中过程通

道有几种基本类型？它们在系统中起什么作用？

答：计算机控制系统的硬件一般包括：主机、外部设备、过程输入输出设备。两个过程通道，

一个是输入通道，另一个为输出过程通道。

输入过程通道包括：A/D通道----把模拟信号转换成数字信号后再输入； DI通道-----直接输入开关量信号或数字量信号。

输出过程通道包括：D/A通道----把数字信号转换成模拟信号后再输出； DO通道-----直接输出开关量信号或数字量信号。 1.4 直接数字控制系统